Karanlık madde, evrenin en ünlü görünmez misafiri, kozmostaki maddenin çoğunu oluşturduğuna inanılıyor - ama kimse onu göremiyor, dokunamıyor ya da RSVP yapmasını sağlayamıyor. Sıradan maddenin aksine, ışık veya elektromanyetik kuvvetlerle etkileşime girmeyi reddediyor ve varlığını tespit etmenin bilinen tek yolu olarak yerçekimini bırakıyor. Şimdi araştırmacılar, çarpışan kara deliklerin nihayet bu anlaşılması zor maddeye kendini göstermesi için bir neden verebileceğini düşünüyor.

MIT ve birkaç Avrupa kurumundan fizikçiler, kütleçekim dalgalarının içinde gizlenmiş olası karanlık madde sinyallerini tespit etmek için bir yöntem geliştirdi - kara delikler gibi büyük nesnelerin birbirine spiral çizip birleşmesiyle oluşan uzay-zamandaki bu dalgalanmalar. Eğer bu kara delikler çarpışmadan önce yoğun karanlık madde bulutlarından geçerse, ortaya çıkan kütleçekim dalgaları bu etkileşimin ince izlerini taşıyabilir, tıpkı bir penceredeki kozmik el izi gibi. Ekip, yaklaşımlarını LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) adlı uluslararası kütleçekim dalgası gözlemevleri ağının halka açık verilerini kullanarak test etti; bu ağ kara delik birleşmelerini ve diğer uzak kozmik olayları izliyor.

Araştırmacılar, LVK'nın ilk üç gözlem döneminden gelen sinyalleri analiz etti ve şimdiye kadar tespit edilen en net 28 kütleçekim dalgası olayına odaklandı. Bu olayların 27'sinde sinyaller, bilim insanlarının kara deliklerin boş uzayda birleşmesinden bekleyecekleriyle eşleşti - vakumda işler her zamanki gibi. Ancak GW190728 olarak bilinen bir sinyal farklı görünüyordu. Ekibin analizine göre, bu kütleçekim dalgasının deseni karanlık madde ile bir etkileşimin kanıtını içerebilir. Araştırmacılar bunun doğrulanmış bir keşif olarak sayılmadığını vurguluyor - daha çok kozmik bir soğuk vakada umut verici bir ipucu gibi.

"Karanlık maddenin etrafımızda olduğunu biliyoruz. Etkilerini görmemiz için yeterince yoğun olması gerekiyor," diyor Josu Aurrekoetxea, MIT Fizik Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı. "Kara delikler bu yoğunluğu artırmak için bir mekanizma sağlıyor ve biz şimdi bunu, birleştiklerinde yayılan kütleçekim dalgalarını analiz ederek arayabiliriz." Bulgular Physical Review Letters'da yayımlandı; makalenin yazarları arasında Aurrekoetxea, LVK üyesi Belçika'daki Université Catholique de Louvain'den (UCLouvain) Soumen Roy, Amsterdam Üniversitesi'nden Rodrigo Vicente, Queen Mary University of London'dan Katy Clough ve Oxford Üniversitesi'nden Pedro Ferreira yer alıyor.

Karanlık madde, fiziğin en büyük utançlarından biri olmaya devam ediyor - bilim insanları varlığını, galaksilerin etrafındaki yerçekiminin görünür maddenin tek başına açıklayabileceğinden daha güçlü olması ve kütleçekimsel mercekleme gözlemlerinin fazladan bir kütlenin ışığı büktüğünü göstermesi nedeniyle çıkarıyor. Mevcut tahminler, karanlık maddenin evrendeki maddenin yüzde 85'inden fazlasını oluşturabileceğini öne sürüyor, ancak araştırmacılar hala gerçekte ne olduğunu bilmiyor. Önerilen bir form, son derece hafif parçacıklar olan 'hafif skaler' parçacıkları içeriyor; teoriler bunların kara deliklerin yakınında koordineli dalgalar gibi davranabileceğini öne sürüyor. Bilim insanları, bu dalgaların hızla dönen bir kara delikle karşılaştığında, kara deliğin dönme enerjisinin karanlık madde dalgalarına aktarılabileceğine ve yoğunluklarını çarpıcı biçimde artırabileceğine inanıyor - bu süreç, kremayı tereyağına çırpmaya benzetilen süperradiance olarak biliniyor. (Karanlık maddenin tadının tereyağı gibi olduğundan emin değiliz, ancak benzetme geçerli.) Yoğunluk yeterince yüksek olursa, karanlık madde kara delikler çarpıştığında üretilen kütleçekim dalgalarını değiştirebilir.

Bunu araştırmak için ekip, kara deliklerin kütleleri ve boyutları, çevreleyen karanlık madde miktarı ve yoğunluğu gibi faktörleri değiştirerek birçok farklı koşul altında kara delik birleşmelerinin ayrıntılı simülasyonlarını oluşturdu. Bu simülasyonları kullanarak ekip, kara delikler boşluk yerine yoğun bir karanlık madde ortamında birleşirse kütleçekim dalgalarının nasıl görüneceğini tahmin etti ve bu dalgaların milyonlarca ışık yılı boyunca Dünya'ya seyahat ederken nasıl değişeceğini hesaba kattı. Tahminlerini gerçek LVK gözlemleriyle karşılaştıran ekip, 28 olaydan yalnızca GW190728'in farklılık gösterdiğini buldu.